燃焼装置
【課題】 植物油の効率的な燃焼を可能にする燃焼装置を提供することである。
【解決手段】 沸点が相対的に低い第１燃料（灯油）を利用して沸点が相対的に高い第２燃料（植物油）を燃焼させるための燃焼装置（１０）は、燃焼筒（１２）内に配置され、シャフト（１４）によって回転されるようになったカップ（２０）を備え、カップが、閉鎖した先端（２０ａ）から開放した基部（２０ｂ）に向かって径が徐々に増加するカップ形状を有し、先端から基部に至る箇所の途中に、径の増加度が大きくなる段差部（２０ｃ）が形成されており、段差部に第１燃料が供給されるように構成されている。
【解決手段】 沸点が相対的に低い第１燃料（灯油）を利用して沸点が相対的に高い第２燃料（植物油）を燃焼させるための燃焼装置（１０）は、燃焼筒（１２）内に配置され、シャフト（１４）によって回転されるようになったカップ（２０）を備え、カップが、閉鎖した先端（２０ａ）から開放した基部（２０ｂ）に向かって径が徐々に増加するカップ形状を有し、先端から基部に至る箇所の途中に、径の増加度が大きくなる段差部（２０ｃ）が形成されており、段差部に第１燃料が供給されるように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として植物油を効率的に燃焼させるための燃焼装置に関する。なお、本発明の燃焼装置は、植物油の他に、動物油、廃食油を含む廃油、鉱物油などの燃焼にも用いられる。
【背景技術】
【０００２】
植物油を燃焼させる場合には、油温を３００°Ｃ以上に上昇させないと、安定して燃焼しないという特徴を有している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
植物油の安定的な燃焼を確保すべく、油温を３００°Ｃ以上にするのに電気ヒータを利用すると、電気ヒータの発熱部に油が焼きつくという不都合がある。また、電気ヒータを利用すると、消費電力が多くなり、コスト高になるという不都合もある。さらに、植物油は着火しにくいため、植物油を単独で着火させるのは難しいという課題もある。
【０００４】
本発明は、このような状況に鑑みて案出されたものであって、燃焼させるのに上述のような種々の不都合を有する植物油の効率的な燃焼を可能にする燃焼装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願請求項１に記載の、沸点が相対的に低い第１燃料を利用して沸点が相対的に高い第２燃料を燃焼させるための燃焼装置は、燃焼筒内に配置され、シャフトによって回転されるようになったカップを備え、前記カップが、閉鎖した先端から開放した基部に向かって径が徐々に増加するカップ形状を有し、前記先端から前記基部に至る箇所の途中に、径の増加度が大きくなる段差部が形成されており、前記カップの内部の前記段差部に前記第１燃料が供給されるように構成されていることを特徴とするものである。
【０００６】
本願請求項２に記載の燃焼装置は、前記請求項１の装置において、前記シャフトの先端に、前記カップの基部の方へ収束するようにテーパが付けられたテーパ部分が取り付けられ、前記カップの内部の前記テーパ部分に前記第２燃料が供給されるように構成されていることを特徴とするものである。
【０００７】
本願請求項３に記載の、沸点が相対的に低い第１燃料を利用して沸点が相対的に高い第２燃料を燃焼させるための燃焼装置は、燃焼筒内に配置され、前記第１及び／又は第２燃料を圧搾空気とともに噴射する圧搾空気噴霧ノズルと、前記圧搾空気噴霧ノズルの先端に隣接して配置され、燃焼時に燃焼空気が中央の開口部に収束するようになった火炎保持器と、前記火炎保持器の燃焼空気流入側に配置され、燃焼空気を前記火炎保持器に案内するための気流収束器とを備えていることを特徴とするものである。
【０００８】
本願請求項４に記載の燃焼装置は、前記請求項３の装置において、前記ノズルの先端に、中心軸線に対して外方に発散するように複数の小孔が設けられていることを特徴とするものである。
【０００９】
本願請求項５に記載の燃焼装置は、前記請求項３又は４の装置において、前記気流収束器が、燃焼空気が流入する側から前記開口部に向かって徐々に縮小するように形作られていることを特徴とするものである。
【００１０】
本願請求項６に記載の燃焼装置は、前記請求項３から請求項５までのいずれか１項の装置において、前記圧搾空気噴霧ノズルの先端よりも１ｍｍ〜３ｍｍ後方に先端が位置するように、前記圧搾空気噴霧ノズルに隣接して配置された灯油噴霧ノズルを更に備えていることを特徴とするものである。
【００１１】
本願請求項７に記載の燃焼装置は、前記請求項３から請求項６までのいずれか１項の装置において、前記燃焼筒に隣接して配置された蒸発筒を更に備え、前記蒸発筒が、一端が開放し、他端が前記燃焼筒の開放端と連通した、ほぼ円筒形の形状に形作られており、前記蒸発筒の内壁に１又は複数のインナーリングを配置することにより、蒸発筒の内部を、前記燃焼筒の側に位置する燃焼室と１又は複数のその他の部分とに分割し、前記１又は複数のその他の部分に、前記燃焼筒からの燃焼炎が前記蒸発筒の外部に直接放出されるのを阻止するためのバッフルが設けられていることを特徴とするものである。
【００１２】
本願請求項８に記載の燃焼装置は、前記請求項１から請求項７までのいずれか１項の装置において、前記燃焼筒における燃焼によって得られた温水を用いて、前記第２燃料を加温する加温手段を更に備えていることを特徴とするものである。
【００１３】
本願請求項９に記載の燃焼装置は、前記請求項１から請求項８までのいずれか１項の装置において、前記第２燃料中の異物を除去するための異物除去手段を更に備え、前記異物除去手段が、入口および出口が設けられた本体と、前記本体に回転可能に配置された主軸と、前記主軸に一定間隔隔てて取り付けられ、異物を除去するための隙間が設けられた複数枚のフィルタプレートと、前記各フィルタプレート間に配置され、副軸に固定されたスペーサプレートと、前記フィルタプレートの周面に接触するように前記副軸に取り付けられたスクラバーとを有し、前記主軸を回転させて前記フィルタプレートを回転させることにより、前記スクラバーにより堆積した異物が掻き落とされるように構成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
本願請求項１０に記載の燃焼装置は、前記請求項１から請求項９までのいずれか１項の装置において、前記第１燃料が灯油であり、前記第２燃料が植物油、廃油、又は鉱物油であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、沸点が相対的に低い燃料を利用して沸点が相対的に高い燃料を効率的に燃焼させることができる。本発明の装置は、構造が比較的簡単であるので、安価に製造することができるとともに、高価な維持管理コストを要しない。また、本発明の装置では、圧搾空気噴霧ノズルの先端よりも１ｍｍ〜３ｍｍ後方に先端が位置するように灯油噴霧ノズルを設けたので、圧搾空気噴霧ノズルからの廃油の噴霧による灯油燃焼の吹き消えを防止することができ、廃油燃焼への円滑な移行が可能になる。さらに、本発明の装置では、蒸発筒を設けたので、廃油が完全燃焼し、黒煙排気の発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態に係る燃焼装置について詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る燃焼装置の全体を模式的に示した図、図２は、図１の部分２の拡大図である。図１において全体として参照符号１０で示される本発明の第１の実施の形態に係る燃焼装置は、燃焼筒１２を備えている。
【００１７】
燃焼筒１２は、図２に最も良く示されるように、間に空間１２ｃが形成されるように配置された内筒１２ａと外筒１２ｂとからなる二重構造を有しており、内筒１２ａと外筒１２ｂはそれぞれ、一端が壁１２ａ１、１２ｂ１で閉鎖されたほぼ円筒形の形状を有している。燃焼筒１２の閉鎖壁１２ａ１、１２ｂ１の中央には、開口部１２ａ２、１２ｂ２がそれぞれ設けられている。また、内筒１２ａの他端は開放し、当該他端の近傍の側壁には、多孔板１２ａ３が配置され、内筒１２ａと外筒１２ｂとの間の空間１２ｃの先端１２ｃ１は閉鎖している。
【００１８】
燃焼筒１２の開口部１２ａ２、１２ｂ２を貫通するように、シャフト１４が配置されている。シャフト１４の一端がモータ１６に固定されており、モータ１６の作動に伴い、シャフト１４が回転するようになっている。
【００１９】
シャフト１４の他端には、開口部１２ａ２、１２ｂ２の方へ収束するようにテーパが付けられたテーパ部分１８が取り付けられ、テーパ部分１８に、カップ２０の先端２０ａが固定されており、これによりモータ１６を作動させると、カップ２０が回転するようになっている。
【００２０】
カップ２０は、閉鎖した先端２０ａから開放した基部２０ｂに向かって径が徐々に増加するカップ形状を有しており、先端２０ａから基部２０ｂに至る箇所の途中に、径の増加度が大きくなる段差部２０ｃが形成されている。
【００２１】
燃焼筒１２の内筒１２ａの開口部１２ａ２には、カップ２０の基部２０ｂの付近の内壁面との間に空間２２が形成されるように、内壁１２ｄが配置されている。
【００２２】
燃焼装置１２は又、燃焼筒１２内に燃焼用空気を供給するための送風機２４と、カップ２０の内部の段差部２０ｃまで延びた灯油供給管２６と、カップ２０の内部のテーパ部分１８まで延びた植物油供給管２８とを備えている。なお、図２において、参照符号３０、３２は、燃料に着火するための着火電極、炎を検知するためのフレームアイをそれぞれ示している。
【００２３】
燃焼装置１０は又、燃焼筒１２に隣接して配置された装置本体３４を備えている。装置本体３４内には、水槽３４ａが収容されており、燃焼筒１２からの火炎により水槽３４ａ内の水が加温されるようになっている。なお、図１において参照符号３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅは、給水口、出湯口、排気口、掃除口をそれぞれ示している。
【００２４】
燃焼装置１０は又、植物油を貯留するための貯油槽３６を備えている。貯油槽３６には、水槽３４内で加温された温水が供給される温水供給管３８が延びている。植物油は、温度が低下すると粘度が高くなって、燃焼筒１２に圧送するのが困難になるため、温水供給管３８からの熱によって植物油を加温し、圧送し易い粘度に保持するようになっている。
【００２５】
燃焼装置１０は更に、貯油槽３６内に配置され、植物油内の異物を除去するための異物除去手段４０を備えている。図３は、異物除去手段４０を示した断面図、図４は、異物除去手段４０の各部品を示した一連の図である。異物除去手段４０は、植物油が流入する入口４０ｂおよび植物油が流出する出口４０ｃが設けられた本体４０ａと、本体４０ａに回転可能に配置された主軸４０ｄと、主軸４０ｄに一定間隔隔てて取り付けられた複数枚のフィルタプレート４０ｅ（図４（ａ）参照）と、各フィルタプレート４０ｅ間に配置され、副軸４０ｈに固定されたスペーサプレート４０ｆ（図４（ｂ）参照）と、最下段のフィルタプレート４０ｅの下側に配置され、副軸４０ｈに固定されたエンドプレート４０ｇ（図４（ｃ）参照）と、フィルタプレート４０ｅ及びスペーサプレート４０ｆの周面に接触するように副軸４０ｈに取り付けられたスクラバー４０ｉ（図４（ｄ）参照）とを有している。フィルタプレート４０ｅ、スペーサプレート４０ｆには、植物油から異物（油カス、ゴミ等）を除去するための隙間４０ｅ１、４０ｆ１がそれぞれ設けられている。
【００２６】
入口４０ａから進入した植物油は、フィルタプレート４０ｅ、スペーサプレート４０ｆの隙間４０ｅ１、４０ｆ１を通過するとき異物が除去されるが、時間の経過とともに除去された異物が隙間４０ｅ１、４０ｆ１に徐々に堆積し濾過作用が低下する。そこで、一定時間毎に主軸４０ｄを回転させてフィルタプレート４０ｅを回転させると、フィルタプレート４０ｅ及びスペーサプレート４０ｆの周面に接触するスクラバー４０ｉにより堆積した異物が掻き落とされ、濾過能力を回復させることができる。なお、主軸４０ｄは、モータで回転させてもよく、手動回転させてもよい。
【００２７】
なお、図１において、参照符号２６ａ、２８ａ、３６ａ、３６ｂは、灯油供給ポンプ、植物油供給ポンプ、植物油投入口、ドレン口をそれぞれ示している。
【００２８】
以上のように構成された本発明の燃焼装置１０の作動について説明する。まずモータ１６を作動させ、灯油供給管２６を介してカップ２０の段差部２０ｃの付近に灯油を供給する。すると、カップ２０の回転に伴う遠心力のため、灯油は、カップ２０の基部２０ｂの方へ移動し（遠心力により、径の大きな方、すなわち基部２０ｂの方へ移動し）、基部２０ｂから霧状になって内筒１２ａの閉鎖壁１２ａ１に向かって振り出される。着火電極３０により霧状になった灯油に着火する（灯油が霧状になっているので、容易に着火する）。灯油に着火すると、内筒１２ａの内部は短時間のうちに火炎で満たされ、カップ２０が加熱される。このようにしてカップ２０が加熱されると、灯油はカップ２０内でガス化してカップ２０から噴出するため、火炎はブルーになる。
【００２９】
一方、カップ２０が加熱されると、植物油供給管２８を介して植物油をカップ２０内のテーパ部分１８に滴下する。すると、テーパ部分１８の回転に伴う遠心力のため、植物油は、テーパ部分１８に沿ってカップ２０の先端２０ａに到達した後、カップ２０の内面に沿ってカップ２０の基部２０ｂの方へ移動する。その際、灯油の燃焼によって加熱されたカップ２０は、植物油によって冷却されるが、カップ２０内を移動する植物油は、カップ２０の熱により加熱されて急速に温度が上昇する。このようにして温度が上昇した植物油が回転するカップ２０の基部２０ｂから振り出されると、植物油は、容易に燃焼し始める。植物油が燃焼し始めると、灯油の供給を停止して、植物油のみの燃焼にする。灯油と植物油の供給量は、過剰燃焼しないように調整されている。また、植物油を貯油槽３６からカップ２０内に滴下するまで過熱しないように調整するため、配管内に油が焼きつく事態が回避される。
【００３０】
植物油は、低温になると粘度が高くなるため、圧送しにくくなる。しかしながら、温水供給管（加温手段）３８を通る温水で植物油を加温することにより、植物油を燃焼筒１２に容易に供給することが可能になる。また、温水供給管３８を通る温水は、燃焼筒１２内の燃焼熱を利用したものであるため、エネルギーの省力化にも役立つ。
【００３１】
植物油として、廃食油を利用することもできるが、廃食油には、天滓や焦げ等の燃焼不可な固形物が混入している場合がある。そこで、このような場合には、適宜、異物除去手段４０を作動させることにより、異物を植物油から取り除く。
【００３２】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る燃焼装置について説明する。図５は、本発明の第２の実施の形態に係る燃焼装置の全体を模式的に示した図、図６は、図５の部分６の拡大図である。本発明の第２の実施の形態に係る燃焼装置５０は、燃焼筒内に後述する圧搾空気噴霧ノズル等が設けられている点を除いて、本発明の第１の実施の形態に係る燃焼装置１０と実質的に同一の構成を有している。
【００３３】
本発明の第２の実施の形態に係る燃焼装置５０についてより詳細に説明すると、燃焼装置５０は、一端が開放した燃焼筒５２と、燃焼筒５２内の中心軸線上に配置された圧搾空気噴霧ノズル５４とを備えている。
【００３４】
圧搾空気噴霧ノズル５４は、図７に示されるように、先端に複数の小孔５４ａが設けられている。好ましくは、小孔５４ａは、圧搾空気噴霧ノズル５４の中心軸線Ｌ−Ｌに対して角度αをなして外方に発散するように、設けられている。角度αは、４０°から７０°であるのが好ましい。これにより、中央付近で油滴が少なく、周辺付近で油滴が多くなるように廃油が噴霧される。圧搾空気噴霧ノズル５４の圧搾空気供給口５４ｂは、圧搾空気源５５に連結され、廃油供給口５４ｃは、後述する貯油槽６６に連結されている。
【００３５】
燃焼装置５０は又、圧搾空気噴霧ノズル５４の先端に隣接して配置された火炎保持器（保炎器）５６を備えている。火炎保持器５６は、圧搾空気噴霧ノズル５４の先端から燃焼筒５２の開放端に向かって徐々に拡大するように形作られている。また、火炎保持器５６は、図６に示されるように、中央に開口部５６ａが設けられているとともに、中央から周縁に至る個所に多数のスリット５６ｂが設けられている。
【００３６】
燃焼装置５０は又、火炎保持器５６の燃焼空気流入側（即ち、圧搾空気噴霧ノズル５４が設けられている側）に配置され、送風機５７から供給される燃焼空気を、火炎保持器５６に案内するための気流収束器５８を備えている。気流収束器５８は、燃焼空気を開口部５６ａに案内し易くするために、火炎保持器５６の開口部５６ａから燃焼空気流入側に向かって徐々に拡大するように（換言すると、燃焼空気が流入する側５８ａから火炎保持器５６の開口部５６ａに向かって徐々に縮小するように）形作られている。
【００３７】
なお、火炎保持器５６と空気収束器５８は、両者を一体のものとして形成してもよく、或いは別々に形成して溶接等で互いに結合したり近接して設置したりしてもよい。
【００３８】
燃焼装置５０は又、圧搾空気噴霧ノズル５４に隣接して配置された着火電極６０を備えている。
【００３９】
燃焼装置５０は更に、燃焼筒５２に隣接して配置された装置本体６４と、廃油を貯留するための貯油槽６６と、貯油槽６６内に配置され、廃油内の異物を除去するための異物除去手段７０とを備えている。装置本体６４、貯油槽６６、および異物除去手段７０の構成は、燃焼装置１０の装置本体３４、貯油槽３６、および異物除去手段４０と実質的に同一である。
【００４０】
なお、図５において、６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ、６４ｅ、５９、５９ａ、６６ａ、６６ｂ、６８、７０ｄは、水槽、給水口、出湯口、排気口、掃除口、廃油供給管、廃油供給ポンプ、廃油投入口、ドレン口、温水供給管、水槽６４ａ内で加温された温水を供給するための温水供給管、異物除去手段７０の主軸をそれぞれ示している。なお、廃油供給管５９には、図５に示されるように、灯油供給管が合流している。
【００４１】
以上のように構成された本発明の燃焼装置５０の作動について、図８を参照して説明する。まず圧搾空気噴霧ノズル５４から圧搾空気とともに灯油を噴射させ、着火電極６０に高電圧を加えて灯油に着火する。そして、フレームアイ（図示せず）で着火したことを示す光を検知すると、灯油の供給を止めて、廃油を供給する。廃油と灯油は、廃油供給管５９内で混合され、次いで、ノズル５４内で急速に混合され、霧状になって小孔５４ａから噴霧される（なお、灯油は、数秒で廃油に置換される）。廃油を圧搾空気とともに噴霧することにより、高粘性の廃油であっても微細な粒子として噴霧することができる。小孔５４がノズル中心軸線Ｌ−Ｌに対して外方に発散するように配置されているため、中央付近で油滴が少なく、周辺付近で油滴が多くなるように噴霧される。ノズル５４から噴霧された気液混合粒子は、近傍の空気と衝突することにより、更に小さな油滴となる。
【００４２】
燃焼筒５２を介して燃焼空気を供給すると、火炎保持器５６に気流収束器５８が設けられているため、燃焼空気の流速は、火炎保持器５６のスリット５６ｂから流出する空気流Ｂ及び火炎保持器５６の外縁と燃焼筒５２との間の領域から流出する空気流Ｃよりも、気流収束器５８に沿って火炎保持器５６の開口部５６ａから流出する空気流Ａの方が速くなる。一方、中央付近の霧化油滴は、上述のように、油滴の量が少なく、しかも高流速の空気流Ａにより強い攪拌作用を受けるので、高温で燃焼する。この中央付近の燃焼熱により、周辺部の油滴が急速に加熱され蒸発されるので、高密度の周辺部の油滴も容易に燃焼させることができる。なお、蒸発によって生じた可燃性ガスは、火炎保持器５６で生ずる気流によって火炎保持器５６に引き寄せられ、安定した火炎を保持する。
【００４３】
次に、本発明の第３の実施の形態に係る燃焼装置について説明する。図１１は、本発明の第３の実施の形態に係る燃焼装置に設置される燃焼筒８２を示した拡大図である。本発明の第３の実施の形態に係る燃焼装置は、燃焼筒８２内に灯油噴霧ノズル８５が設けられている点を除いて、本発明の第２の実施の形態に係る燃焼装置５０の燃焼筒５２と実質的に同一の構成を有している。
【００４４】
図１１において、参照符号８４、８６、８６ａ、８６ｂ、８７、８８、８９、９０はそれぞれ、圧搾空気噴霧ノズル、火炎保持器（保炎器）、火炎保持器の開口、火炎保持器のスリット、送風機、気流収束器、廃油供給管、着火電極を示しており、これらの各部分は、燃焼筒５２に設けられているものと同一である。
【００４５】
燃焼筒８２において、灯油噴霧ノズル８５の先端は、圧搾空気噴霧ノズル８４の先端よりもｗだけ後方に位置決めされている。ここで、「後方」とは、燃焼筒８２の開放端と反対の側を意味する。ｗは好ましくは、約１ｍｍ〜約３ｍｍである。
【００４６】
圧搾空気噴霧ノズル８４から廃油が噴霧されると、その噴霧の勢いで、一旦着火した灯油が吹き消えてしまい、灯油から廃油への円滑な燃焼移行が行われなくなるおそれがある。そこで、第３の実施の形態に係る燃焼装置においては、圧縮空気噴霧ノズル８４の先端より僅かに後方の箇所に灯油噴霧ノズル８５の先端が位置するように構成し、圧搾空気噴霧ノズル８４からの廃油の噴霧により、灯油の燃焼が影響を受けることのないようにした。
【００４７】
次に、本発明の第４の実施の形態に係る燃焼装置について説明する。図１２は、本発明の第４の実施の形態に係る燃焼装置の全体を模式的に示した図、図１３（ａ）は、図１２の部分１３ａの拡大図である。本発明の第４の実施の形態に係る燃焼装置１００は、燃焼筒内に圧搾空気噴霧ノズルに隣接して灯油噴霧ノズルが設けられており、かつ、燃焼筒の先端に蒸発筒が設けられている点を除いて、本発明の第２の実施の形態に係る燃焼装置５０と実質的に同一の構成を有している。
【００４８】
本発明の第４の実施の形態に係る燃焼装置１００についてより詳細に説明すると、燃焼装置１００は、一端が開放した燃焼筒１０２と、燃焼筒１０２内のほぼ中心軸線上に配置された圧搾空気噴霧ノズル１０４と、圧搾空気噴霧ノズル１０４の先端よりも約１ｍｍ〜約３ｍｍ後方に先端が位置するように配置された灯油噴霧ノズル１０５と、圧搾空気噴霧ノズル１０４の先端に隣接して配置された火炎保持器（保炎器）１０６と、火炎保持器１０６の燃焼空気流入側に配置された気流収束器１０８とを備えている。燃焼筒１０２、圧搾空気噴霧ノズル１０４、火炎保持器１０６、および気流収束器１０８は、燃焼筒５２、圧搾空気噴霧ノズル５４、火炎保持器５６、および気流収束器５８とそれぞれ同一の構成のものである。
【００４９】
燃焼装置１００は又、燃焼筒１０２の開放端に隣接して配置された蒸発筒１１２を備えている。蒸発筒１１２は、一端１１２ａが開放し、他端１１２ｂが燃焼筒１０２の開放端と連通した、ほぼ円筒形の形状に形作られている。蒸発筒１１２の内壁には、リング状の第１インナーリング１１４ａ、第２インナーリング１１４ｂが配置され、これにより、蒸発筒１１２の内部が、第１室（燃焼室）１１２ｃ、第２室１１２ｄ、第３室１１２ｅの３つの部分に分割されている。また、蒸発筒１１２には、第２室１１２ｄおよび第３室１１２ｅの内部に、燃焼筒１０２からの燃焼炎が蒸発筒１１２の外部に直接放出されるのを阻止するための第１バッフル１１６ａ、第２バッフル１１６ｂがそれぞれ設けられている。第１バッフル１１６ａは、第１インナーリング１１４ａと第２インナーリング１１４ｂとの間の箇所にインナーリングによって形成される開口よりも僅かに大きな円形板を配置することによって構成されている。また、第２バッフル１１６ｂも、第２インナーリング１１４ｂと蒸発筒１１２の開放端１１２ａとの間の箇所にインナーリングによって形成される開口よりも僅かに大きな円形板を配置することによって構成されている。
【００５０】
好ましくは、燃焼装置１００は、蒸発筒１１２の他端（燃焼筒１０２の側に位置する端部）１１２ｂに隣接して配置されたエアヒータ１１１を備えており、圧搾空気供給管１１１ａがエアヒータ１１１を経由して、管１１１ｂから圧搾空気噴霧ノズル１０４に通じている。これにより、蒸発筒１１２内のエアヒータ１１１によって加温された空気が圧搾空気噴霧ノズル１０４から噴霧されるので、難燃性の液体燃料であっても容易に燃焼させることができる。
【００５１】
以上のように構成された本発明の燃焼装置１００の作動について説明する。植物油のような引火点が高い油でも、上述のように、微細な霧状にして噴霧することにより、火炎保持器の近傍で火炎を形成して燃焼を継続させることができるが、噴霧した油の全量を燃焼させることは容易ではなく、油の一部は火炎領域を通過して燃焼装置の炉壁に付着して油溜まりが生ずることがある。そこで、燃焼筒１０２に隣接して蒸発筒１１２を設けると、噴霧された油は蒸発筒１１２内に吹き付けられるが、蒸発筒１１２自体が燃焼炎によって急速に加熱されるので、蒸発筒１１２内に吹き付けられた油は蒸発して燃焼を完結し、これにより黒煙排気の発生を極力防止することが可能になる。
【００５２】
本発明は、以上の発明の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００５３】
たとえば、前記第１実施の形態では、カップ２０（従って、燃焼筒１２）が水平方向に配向されているが、カップ２０を上向き又は下向きに配向させてもよい。
【００５４】
また、前記第２実施の形態では、気流収束器５８が湾曲状の側面視を有するものとして示されているが、図９に示されるように、開口部５６ａに向かって直線的に縮小するように形作られた気流収束器５８′を用いてもよい。また、図１０（ａ）に示されるように、平らな板状の火炎保持器５６′（中央の開口部５６′ａ、スリット５６′ｂ）を用いてもよい。さらに、火炎保持器５６′′のスリットを、例えば、図１０（ｂ）に示されるような小孔５６′′ｂにしてもよい。
【００５５】
また、前記実施の形態では、灯油の燃焼を利用して植物油又は廃油を燃焼させているが、沸点が相対的に低い第１燃料（例えば、重油、ガスなど）を利用して、沸点が相対的に高い第２燃料の燃焼に、本発明の燃焼装置を適用することができる。
【００５６】
さらに、前記実施の形態では、本発明の燃焼装置が水を加温するのに用いられているが、本発明の燃焼装置を温風暖房機（図示せず）として使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る燃焼装置の全体を模式的に示した図である。
【図２】図１の部分２の拡大図である。
【図３】異物除去手段を模式的に示した断面図である。
【図４】図４（ａ）はフィルタープレートを示した図、図４（ｂ）はスペーサプレートを示した図、図４（ｃ）はエンドプレートを示した図、図４（ｄ）はスクラバーを示した図、図４（ｅ）はスクラバーがフィルタープレート及びスペーサプレートの周面に接触している状態を示した図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る燃焼装置の全体を模式的に示した断面図である。
【図６】図５の部分６の拡大図である。
【図７】図７（ａ）は図５の燃焼装置の圧搾空気噴霧ノズルの拡大断面図、図７（ｂ）は図７（ａ）の線７ｂ−７ｂに沿って見た図である。
【図８】図５の燃焼装置の作動状態を説明するための図である。
【図９】図５の燃焼装置に設けられる気流収束器の変形形態を示した図５と同様の図である。
【図１０】図５の燃焼装置に設けられる火炎保持器の変形形態を示した図５と同様の図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態に係る燃焼装置を示した図６と同様な図である。
【図１２】本発明の第４の実施の形態に係る燃焼装置の全体を模式的に示した断面図である。
【図１３】図１３（ａ）は図１２の部分１３ａの拡大図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）の線１３ｂ−１３ｂに沿って見た図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０ 第１の実施の形態に係る燃焼装置
１２ 燃焼筒
１４ シャフト
１６ モータ
１８ テーパ部分
２０ カップ
２２ 空間
２４ 送風機
２６ 灯油供給管
２８ 植物油供給管
３０ 着火電極
３２ フレームアイ
３４ 装置本体
３６ 貯油槽
３８ 温水供給管
４０ 異物除去手段
５０ 第２の実施の形態に係る燃焼装置
５２ 燃焼筒
５４ 圧搾空気噴霧ノズル
５５ 圧搾空気源
５６ 火炎保持器（保炎器）
５６ａ 開口部
５６ｂ スリット
５７ 送風機
５８ 気流収束器
５９ 廃油供給管
６０ 着火電極
６４ 装置本体
６６ 貯油槽
６８ 温水供給管
７０ 異物除去手段
８２ 燃焼筒
８４ 圧搾空気噴霧ノズル
８５ 灯油噴霧ノズル
８６ 火炎保持器（保炎器）
８６ａ 開口部
８６ｂ スリット
８７ 送風機
８８ 気流収束器
８９ 廃油供給管
９０ 着火電極
１００ 第４の実施の形態に係る燃焼装置
１０２ 燃焼筒
１０４ 圧搾空気噴霧ノズル
１０５ 灯油噴霧ノズル
１０６ 火炎保持器（保炎器）
１０６ａ 開口部
１０６ｂ スリット
１０７ 送風機
１０８ 気流収束器
１０９ 廃油供給管
１１０ 着火電極
１１２ 蒸発筒
１１４ａ、１１４ｂ インナーリング
１１６ａ、１１６ｂ バッフル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として植物油を効率的に燃焼させるための燃焼装置に関する。なお、本発明の燃焼装置は、植物油の他に、動物油、廃食油を含む廃油、鉱物油などの燃焼にも用いられる。
【背景技術】
【０００２】
植物油を燃焼させる場合には、油温を３００°Ｃ以上に上昇させないと、安定して燃焼しないという特徴を有している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
植物油の安定的な燃焼を確保すべく、油温を３００°Ｃ以上にするのに電気ヒータを利用すると、電気ヒータの発熱部に油が焼きつくという不都合がある。また、電気ヒータを利用すると、消費電力が多くなり、コスト高になるという不都合もある。さらに、植物油は着火しにくいため、植物油を単独で着火させるのは難しいという課題もある。
【０００４】
本発明は、このような状況に鑑みて案出されたものであって、燃焼させるのに上述のような種々の不都合を有する植物油の効率的な燃焼を可能にする燃焼装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願請求項１に記載の、沸点が相対的に低い第１燃料を利用して沸点が相対的に高い第２燃料を燃焼させるための燃焼装置は、燃焼筒内に配置され、シャフトによって回転されるようになったカップを備え、前記カップが、閉鎖した先端から開放した基部に向かって径が徐々に増加するカップ形状を有し、前記先端から前記基部に至る箇所の途中に、径の増加度が大きくなる段差部が形成されており、前記カップの内部の前記段差部に前記第１燃料が供給されるように構成されていることを特徴とするものである。
【０００６】
本願請求項２に記載の燃焼装置は、前記請求項１の装置において、前記シャフトの先端に、前記カップの基部の方へ収束するようにテーパが付けられたテーパ部分が取り付けられ、前記カップの内部の前記テーパ部分に前記第２燃料が供給されるように構成されていることを特徴とするものである。
【０００７】
本願請求項３に記載の、沸点が相対的に低い第１燃料を利用して沸点が相対的に高い第２燃料を燃焼させるための燃焼装置は、燃焼筒内に配置され、前記第１及び／又は第２燃料を圧搾空気とともに噴射する圧搾空気噴霧ノズルと、前記圧搾空気噴霧ノズルの先端に隣接して配置され、燃焼時に燃焼空気が中央の開口部に収束するようになった火炎保持器と、前記火炎保持器の燃焼空気流入側に配置され、燃焼空気を前記火炎保持器に案内するための気流収束器とを備えていることを特徴とするものである。
【０００８】
本願請求項４に記載の燃焼装置は、前記請求項３の装置において、前記ノズルの先端に、中心軸線に対して外方に発散するように複数の小孔が設けられていることを特徴とするものである。
【０００９】
本願請求項５に記載の燃焼装置は、前記請求項３又は４の装置において、前記気流収束器が、燃焼空気が流入する側から前記開口部に向かって徐々に縮小するように形作られていることを特徴とするものである。
【００１０】
本願請求項６に記載の燃焼装置は、前記請求項３から請求項５までのいずれか１項の装置において、前記圧搾空気噴霧ノズルの先端よりも１ｍｍ〜３ｍｍ後方に先端が位置するように、前記圧搾空気噴霧ノズルに隣接して配置された灯油噴霧ノズルを更に備えていることを特徴とするものである。
【００１１】
本願請求項７に記載の燃焼装置は、前記請求項３から請求項６までのいずれか１項の装置において、前記燃焼筒に隣接して配置された蒸発筒を更に備え、前記蒸発筒が、一端が開放し、他端が前記燃焼筒の開放端と連通した、ほぼ円筒形の形状に形作られており、前記蒸発筒の内壁に１又は複数のインナーリングを配置することにより、蒸発筒の内部を、前記燃焼筒の側に位置する燃焼室と１又は複数のその他の部分とに分割し、前記１又は複数のその他の部分に、前記燃焼筒からの燃焼炎が前記蒸発筒の外部に直接放出されるのを阻止するためのバッフルが設けられていることを特徴とするものである。
【００１２】
本願請求項８に記載の燃焼装置は、前記請求項１から請求項７までのいずれか１項の装置において、前記燃焼筒における燃焼によって得られた温水を用いて、前記第２燃料を加温する加温手段を更に備えていることを特徴とするものである。
【００１３】
本願請求項９に記載の燃焼装置は、前記請求項１から請求項８までのいずれか１項の装置において、前記第２燃料中の異物を除去するための異物除去手段を更に備え、前記異物除去手段が、入口および出口が設けられた本体と、前記本体に回転可能に配置された主軸と、前記主軸に一定間隔隔てて取り付けられ、異物を除去するための隙間が設けられた複数枚のフィルタプレートと、前記各フィルタプレート間に配置され、副軸に固定されたスペーサプレートと、前記フィルタプレートの周面に接触するように前記副軸に取り付けられたスクラバーとを有し、前記主軸を回転させて前記フィルタプレートを回転させることにより、前記スクラバーにより堆積した異物が掻き落とされるように構成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
本願請求項１０に記載の燃焼装置は、前記請求項１から請求項９までのいずれか１項の装置において、前記第１燃料が灯油であり、前記第２燃料が植物油、廃油、又は鉱物油であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、沸点が相対的に低い燃料を利用して沸点が相対的に高い燃料を効率的に燃焼させることができる。本発明の装置は、構造が比較的簡単であるので、安価に製造することができるとともに、高価な維持管理コストを要しない。また、本発明の装置では、圧搾空気噴霧ノズルの先端よりも１ｍｍ〜３ｍｍ後方に先端が位置するように灯油噴霧ノズルを設けたので、圧搾空気噴霧ノズルからの廃油の噴霧による灯油燃焼の吹き消えを防止することができ、廃油燃焼への円滑な移行が可能になる。さらに、本発明の装置では、蒸発筒を設けたので、廃油が完全燃焼し、黒煙排気の発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態に係る燃焼装置について詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る燃焼装置の全体を模式的に示した図、図２は、図１の部分２の拡大図である。図１において全体として参照符号１０で示される本発明の第１の実施の形態に係る燃焼装置は、燃焼筒１２を備えている。
【００１７】
燃焼筒１２は、図２に最も良く示されるように、間に空間１２ｃが形成されるように配置された内筒１２ａと外筒１２ｂとからなる二重構造を有しており、内筒１２ａと外筒１２ｂはそれぞれ、一端が壁１２ａ１、１２ｂ１で閉鎖されたほぼ円筒形の形状を有している。燃焼筒１２の閉鎖壁１２ａ１、１２ｂ１の中央には、開口部１２ａ２、１２ｂ２がそれぞれ設けられている。また、内筒１２ａの他端は開放し、当該他端の近傍の側壁には、多孔板１２ａ３が配置され、内筒１２ａと外筒１２ｂとの間の空間１２ｃの先端１２ｃ１は閉鎖している。
【００１８】
燃焼筒１２の開口部１２ａ２、１２ｂ２を貫通するように、シャフト１４が配置されている。シャフト１４の一端がモータ１６に固定されており、モータ１６の作動に伴い、シャフト１４が回転するようになっている。
【００１９】
シャフト１４の他端には、開口部１２ａ２、１２ｂ２の方へ収束するようにテーパが付けられたテーパ部分１８が取り付けられ、テーパ部分１８に、カップ２０の先端２０ａが固定されており、これによりモータ１６を作動させると、カップ２０が回転するようになっている。
【００２０】
カップ２０は、閉鎖した先端２０ａから開放した基部２０ｂに向かって径が徐々に増加するカップ形状を有しており、先端２０ａから基部２０ｂに至る箇所の途中に、径の増加度が大きくなる段差部２０ｃが形成されている。
【００２１】
燃焼筒１２の内筒１２ａの開口部１２ａ２には、カップ２０の基部２０ｂの付近の内壁面との間に空間２２が形成されるように、内壁１２ｄが配置されている。
【００２２】
燃焼装置１２は又、燃焼筒１２内に燃焼用空気を供給するための送風機２４と、カップ２０の内部の段差部２０ｃまで延びた灯油供給管２６と、カップ２０の内部のテーパ部分１８まで延びた植物油供給管２８とを備えている。なお、図２において、参照符号３０、３２は、燃料に着火するための着火電極、炎を検知するためのフレームアイをそれぞれ示している。
【００２３】
燃焼装置１０は又、燃焼筒１２に隣接して配置された装置本体３４を備えている。装置本体３４内には、水槽３４ａが収容されており、燃焼筒１２からの火炎により水槽３４ａ内の水が加温されるようになっている。なお、図１において参照符号３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅは、給水口、出湯口、排気口、掃除口をそれぞれ示している。
【００２４】
燃焼装置１０は又、植物油を貯留するための貯油槽３６を備えている。貯油槽３６には、水槽３４内で加温された温水が供給される温水供給管３８が延びている。植物油は、温度が低下すると粘度が高くなって、燃焼筒１２に圧送するのが困難になるため、温水供給管３８からの熱によって植物油を加温し、圧送し易い粘度に保持するようになっている。
【００２５】
燃焼装置１０は更に、貯油槽３６内に配置され、植物油内の異物を除去するための異物除去手段４０を備えている。図３は、異物除去手段４０を示した断面図、図４は、異物除去手段４０の各部品を示した一連の図である。異物除去手段４０は、植物油が流入する入口４０ｂおよび植物油が流出する出口４０ｃが設けられた本体４０ａと、本体４０ａに回転可能に配置された主軸４０ｄと、主軸４０ｄに一定間隔隔てて取り付けられた複数枚のフィルタプレート４０ｅ（図４（ａ）参照）と、各フィルタプレート４０ｅ間に配置され、副軸４０ｈに固定されたスペーサプレート４０ｆ（図４（ｂ）参照）と、最下段のフィルタプレート４０ｅの下側に配置され、副軸４０ｈに固定されたエンドプレート４０ｇ（図４（ｃ）参照）と、フィルタプレート４０ｅ及びスペーサプレート４０ｆの周面に接触するように副軸４０ｈに取り付けられたスクラバー４０ｉ（図４（ｄ）参照）とを有している。フィルタプレート４０ｅ、スペーサプレート４０ｆには、植物油から異物（油カス、ゴミ等）を除去するための隙間４０ｅ１、４０ｆ１がそれぞれ設けられている。
【００２６】
入口４０ａから進入した植物油は、フィルタプレート４０ｅ、スペーサプレート４０ｆの隙間４０ｅ１、４０ｆ１を通過するとき異物が除去されるが、時間の経過とともに除去された異物が隙間４０ｅ１、４０ｆ１に徐々に堆積し濾過作用が低下する。そこで、一定時間毎に主軸４０ｄを回転させてフィルタプレート４０ｅを回転させると、フィルタプレート４０ｅ及びスペーサプレート４０ｆの周面に接触するスクラバー４０ｉにより堆積した異物が掻き落とされ、濾過能力を回復させることができる。なお、主軸４０ｄは、モータで回転させてもよく、手動回転させてもよい。
【００２７】
なお、図１において、参照符号２６ａ、２８ａ、３６ａ、３６ｂは、灯油供給ポンプ、植物油供給ポンプ、植物油投入口、ドレン口をそれぞれ示している。
【００２８】
以上のように構成された本発明の燃焼装置１０の作動について説明する。まずモータ１６を作動させ、灯油供給管２６を介してカップ２０の段差部２０ｃの付近に灯油を供給する。すると、カップ２０の回転に伴う遠心力のため、灯油は、カップ２０の基部２０ｂの方へ移動し（遠心力により、径の大きな方、すなわち基部２０ｂの方へ移動し）、基部２０ｂから霧状になって内筒１２ａの閉鎖壁１２ａ１に向かって振り出される。着火電極３０により霧状になった灯油に着火する（灯油が霧状になっているので、容易に着火する）。灯油に着火すると、内筒１２ａの内部は短時間のうちに火炎で満たされ、カップ２０が加熱される。このようにしてカップ２０が加熱されると、灯油はカップ２０内でガス化してカップ２０から噴出するため、火炎はブルーになる。
【００２９】
一方、カップ２０が加熱されると、植物油供給管２８を介して植物油をカップ２０内のテーパ部分１８に滴下する。すると、テーパ部分１８の回転に伴う遠心力のため、植物油は、テーパ部分１８に沿ってカップ２０の先端２０ａに到達した後、カップ２０の内面に沿ってカップ２０の基部２０ｂの方へ移動する。その際、灯油の燃焼によって加熱されたカップ２０は、植物油によって冷却されるが、カップ２０内を移動する植物油は、カップ２０の熱により加熱されて急速に温度が上昇する。このようにして温度が上昇した植物油が回転するカップ２０の基部２０ｂから振り出されると、植物油は、容易に燃焼し始める。植物油が燃焼し始めると、灯油の供給を停止して、植物油のみの燃焼にする。灯油と植物油の供給量は、過剰燃焼しないように調整されている。また、植物油を貯油槽３６からカップ２０内に滴下するまで過熱しないように調整するため、配管内に油が焼きつく事態が回避される。
【００３０】
植物油は、低温になると粘度が高くなるため、圧送しにくくなる。しかしながら、温水供給管（加温手段）３８を通る温水で植物油を加温することにより、植物油を燃焼筒１２に容易に供給することが可能になる。また、温水供給管３８を通る温水は、燃焼筒１２内の燃焼熱を利用したものであるため、エネルギーの省力化にも役立つ。
【００３１】
植物油として、廃食油を利用することもできるが、廃食油には、天滓や焦げ等の燃焼不可な固形物が混入している場合がある。そこで、このような場合には、適宜、異物除去手段４０を作動させることにより、異物を植物油から取り除く。
【００３２】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る燃焼装置について説明する。図５は、本発明の第２の実施の形態に係る燃焼装置の全体を模式的に示した図、図６は、図５の部分６の拡大図である。本発明の第２の実施の形態に係る燃焼装置５０は、燃焼筒内に後述する圧搾空気噴霧ノズル等が設けられている点を除いて、本発明の第１の実施の形態に係る燃焼装置１０と実質的に同一の構成を有している。
【００３３】
本発明の第２の実施の形態に係る燃焼装置５０についてより詳細に説明すると、燃焼装置５０は、一端が開放した燃焼筒５２と、燃焼筒５２内の中心軸線上に配置された圧搾空気噴霧ノズル５４とを備えている。
【００３４】
圧搾空気噴霧ノズル５４は、図７に示されるように、先端に複数の小孔５４ａが設けられている。好ましくは、小孔５４ａは、圧搾空気噴霧ノズル５４の中心軸線Ｌ−Ｌに対して角度αをなして外方に発散するように、設けられている。角度αは、４０°から７０°であるのが好ましい。これにより、中央付近で油滴が少なく、周辺付近で油滴が多くなるように廃油が噴霧される。圧搾空気噴霧ノズル５４の圧搾空気供給口５４ｂは、圧搾空気源５５に連結され、廃油供給口５４ｃは、後述する貯油槽６６に連結されている。
【００３５】
燃焼装置５０は又、圧搾空気噴霧ノズル５４の先端に隣接して配置された火炎保持器（保炎器）５６を備えている。火炎保持器５６は、圧搾空気噴霧ノズル５４の先端から燃焼筒５２の開放端に向かって徐々に拡大するように形作られている。また、火炎保持器５６は、図６に示されるように、中央に開口部５６ａが設けられているとともに、中央から周縁に至る個所に多数のスリット５６ｂが設けられている。
【００３６】
燃焼装置５０は又、火炎保持器５６の燃焼空気流入側（即ち、圧搾空気噴霧ノズル５４が設けられている側）に配置され、送風機５７から供給される燃焼空気を、火炎保持器５６に案内するための気流収束器５８を備えている。気流収束器５８は、燃焼空気を開口部５６ａに案内し易くするために、火炎保持器５６の開口部５６ａから燃焼空気流入側に向かって徐々に拡大するように（換言すると、燃焼空気が流入する側５８ａから火炎保持器５６の開口部５６ａに向かって徐々に縮小するように）形作られている。
【００３７】
なお、火炎保持器５６と空気収束器５８は、両者を一体のものとして形成してもよく、或いは別々に形成して溶接等で互いに結合したり近接して設置したりしてもよい。
【００３８】
燃焼装置５０は又、圧搾空気噴霧ノズル５４に隣接して配置された着火電極６０を備えている。
【００３９】
燃焼装置５０は更に、燃焼筒５２に隣接して配置された装置本体６４と、廃油を貯留するための貯油槽６６と、貯油槽６６内に配置され、廃油内の異物を除去するための異物除去手段７０とを備えている。装置本体６４、貯油槽６６、および異物除去手段７０の構成は、燃焼装置１０の装置本体３４、貯油槽３６、および異物除去手段４０と実質的に同一である。
【００４０】
なお、図５において、６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ、６４ｅ、５９、５９ａ、６６ａ、６６ｂ、６８、７０ｄは、水槽、給水口、出湯口、排気口、掃除口、廃油供給管、廃油供給ポンプ、廃油投入口、ドレン口、温水供給管、水槽６４ａ内で加温された温水を供給するための温水供給管、異物除去手段７０の主軸をそれぞれ示している。なお、廃油供給管５９には、図５に示されるように、灯油供給管が合流している。
【００４１】
以上のように構成された本発明の燃焼装置５０の作動について、図８を参照して説明する。まず圧搾空気噴霧ノズル５４から圧搾空気とともに灯油を噴射させ、着火電極６０に高電圧を加えて灯油に着火する。そして、フレームアイ（図示せず）で着火したことを示す光を検知すると、灯油の供給を止めて、廃油を供給する。廃油と灯油は、廃油供給管５９内で混合され、次いで、ノズル５４内で急速に混合され、霧状になって小孔５４ａから噴霧される（なお、灯油は、数秒で廃油に置換される）。廃油を圧搾空気とともに噴霧することにより、高粘性の廃油であっても微細な粒子として噴霧することができる。小孔５４がノズル中心軸線Ｌ−Ｌに対して外方に発散するように配置されているため、中央付近で油滴が少なく、周辺付近で油滴が多くなるように噴霧される。ノズル５４から噴霧された気液混合粒子は、近傍の空気と衝突することにより、更に小さな油滴となる。
【００４２】
燃焼筒５２を介して燃焼空気を供給すると、火炎保持器５６に気流収束器５８が設けられているため、燃焼空気の流速は、火炎保持器５６のスリット５６ｂから流出する空気流Ｂ及び火炎保持器５６の外縁と燃焼筒５２との間の領域から流出する空気流Ｃよりも、気流収束器５８に沿って火炎保持器５６の開口部５６ａから流出する空気流Ａの方が速くなる。一方、中央付近の霧化油滴は、上述のように、油滴の量が少なく、しかも高流速の空気流Ａにより強い攪拌作用を受けるので、高温で燃焼する。この中央付近の燃焼熱により、周辺部の油滴が急速に加熱され蒸発されるので、高密度の周辺部の油滴も容易に燃焼させることができる。なお、蒸発によって生じた可燃性ガスは、火炎保持器５６で生ずる気流によって火炎保持器５６に引き寄せられ、安定した火炎を保持する。
【００４３】
次に、本発明の第３の実施の形態に係る燃焼装置について説明する。図１１は、本発明の第３の実施の形態に係る燃焼装置に設置される燃焼筒８２を示した拡大図である。本発明の第３の実施の形態に係る燃焼装置は、燃焼筒８２内に灯油噴霧ノズル８５が設けられている点を除いて、本発明の第２の実施の形態に係る燃焼装置５０の燃焼筒５２と実質的に同一の構成を有している。
【００４４】
図１１において、参照符号８４、８６、８６ａ、８６ｂ、８７、８８、８９、９０はそれぞれ、圧搾空気噴霧ノズル、火炎保持器（保炎器）、火炎保持器の開口、火炎保持器のスリット、送風機、気流収束器、廃油供給管、着火電極を示しており、これらの各部分は、燃焼筒５２に設けられているものと同一である。
【００４５】
燃焼筒８２において、灯油噴霧ノズル８５の先端は、圧搾空気噴霧ノズル８４の先端よりもｗだけ後方に位置決めされている。ここで、「後方」とは、燃焼筒８２の開放端と反対の側を意味する。ｗは好ましくは、約１ｍｍ〜約３ｍｍである。
【００４６】
圧搾空気噴霧ノズル８４から廃油が噴霧されると、その噴霧の勢いで、一旦着火した灯油が吹き消えてしまい、灯油から廃油への円滑な燃焼移行が行われなくなるおそれがある。そこで、第３の実施の形態に係る燃焼装置においては、圧縮空気噴霧ノズル８４の先端より僅かに後方の箇所に灯油噴霧ノズル８５の先端が位置するように構成し、圧搾空気噴霧ノズル８４からの廃油の噴霧により、灯油の燃焼が影響を受けることのないようにした。
【００４７】
次に、本発明の第４の実施の形態に係る燃焼装置について説明する。図１２は、本発明の第４の実施の形態に係る燃焼装置の全体を模式的に示した図、図１３（ａ）は、図１２の部分１３ａの拡大図である。本発明の第４の実施の形態に係る燃焼装置１００は、燃焼筒内に圧搾空気噴霧ノズルに隣接して灯油噴霧ノズルが設けられており、かつ、燃焼筒の先端に蒸発筒が設けられている点を除いて、本発明の第２の実施の形態に係る燃焼装置５０と実質的に同一の構成を有している。
【００４８】
本発明の第４の実施の形態に係る燃焼装置１００についてより詳細に説明すると、燃焼装置１００は、一端が開放した燃焼筒１０２と、燃焼筒１０２内のほぼ中心軸線上に配置された圧搾空気噴霧ノズル１０４と、圧搾空気噴霧ノズル１０４の先端よりも約１ｍｍ〜約３ｍｍ後方に先端が位置するように配置された灯油噴霧ノズル１０５と、圧搾空気噴霧ノズル１０４の先端に隣接して配置された火炎保持器（保炎器）１０６と、火炎保持器１０６の燃焼空気流入側に配置された気流収束器１０８とを備えている。燃焼筒１０２、圧搾空気噴霧ノズル１０４、火炎保持器１０６、および気流収束器１０８は、燃焼筒５２、圧搾空気噴霧ノズル５４、火炎保持器５６、および気流収束器５８とそれぞれ同一の構成のものである。
【００４９】
燃焼装置１００は又、燃焼筒１０２の開放端に隣接して配置された蒸発筒１１２を備えている。蒸発筒１１２は、一端１１２ａが開放し、他端１１２ｂが燃焼筒１０２の開放端と連通した、ほぼ円筒形の形状に形作られている。蒸発筒１１２の内壁には、リング状の第１インナーリング１１４ａ、第２インナーリング１１４ｂが配置され、これにより、蒸発筒１１２の内部が、第１室（燃焼室）１１２ｃ、第２室１１２ｄ、第３室１１２ｅの３つの部分に分割されている。また、蒸発筒１１２には、第２室１１２ｄおよび第３室１１２ｅの内部に、燃焼筒１０２からの燃焼炎が蒸発筒１１２の外部に直接放出されるのを阻止するための第１バッフル１１６ａ、第２バッフル１１６ｂがそれぞれ設けられている。第１バッフル１１６ａは、第１インナーリング１１４ａと第２インナーリング１１４ｂとの間の箇所にインナーリングによって形成される開口よりも僅かに大きな円形板を配置することによって構成されている。また、第２バッフル１１６ｂも、第２インナーリング１１４ｂと蒸発筒１１２の開放端１１２ａとの間の箇所にインナーリングによって形成される開口よりも僅かに大きな円形板を配置することによって構成されている。
【００５０】
好ましくは、燃焼装置１００は、蒸発筒１１２の他端（燃焼筒１０２の側に位置する端部）１１２ｂに隣接して配置されたエアヒータ１１１を備えており、圧搾空気供給管１１１ａがエアヒータ１１１を経由して、管１１１ｂから圧搾空気噴霧ノズル１０４に通じている。これにより、蒸発筒１１２内のエアヒータ１１１によって加温された空気が圧搾空気噴霧ノズル１０４から噴霧されるので、難燃性の液体燃料であっても容易に燃焼させることができる。
【００５１】
以上のように構成された本発明の燃焼装置１００の作動について説明する。植物油のような引火点が高い油でも、上述のように、微細な霧状にして噴霧することにより、火炎保持器の近傍で火炎を形成して燃焼を継続させることができるが、噴霧した油の全量を燃焼させることは容易ではなく、油の一部は火炎領域を通過して燃焼装置の炉壁に付着して油溜まりが生ずることがある。そこで、燃焼筒１０２に隣接して蒸発筒１１２を設けると、噴霧された油は蒸発筒１１２内に吹き付けられるが、蒸発筒１１２自体が燃焼炎によって急速に加熱されるので、蒸発筒１１２内に吹き付けられた油は蒸発して燃焼を完結し、これにより黒煙排気の発生を極力防止することが可能になる。
【００５２】
本発明は、以上の発明の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００５３】
たとえば、前記第１実施の形態では、カップ２０（従って、燃焼筒１２）が水平方向に配向されているが、カップ２０を上向き又は下向きに配向させてもよい。
【００５４】
また、前記第２実施の形態では、気流収束器５８が湾曲状の側面視を有するものとして示されているが、図９に示されるように、開口部５６ａに向かって直線的に縮小するように形作られた気流収束器５８′を用いてもよい。また、図１０（ａ）に示されるように、平らな板状の火炎保持器５６′（中央の開口部５６′ａ、スリット５６′ｂ）を用いてもよい。さらに、火炎保持器５６′′のスリットを、例えば、図１０（ｂ）に示されるような小孔５６′′ｂにしてもよい。
【００５５】
また、前記実施の形態では、灯油の燃焼を利用して植物油又は廃油を燃焼させているが、沸点が相対的に低い第１燃料（例えば、重油、ガスなど）を利用して、沸点が相対的に高い第２燃料の燃焼に、本発明の燃焼装置を適用することができる。
【００５６】
さらに、前記実施の形態では、本発明の燃焼装置が水を加温するのに用いられているが、本発明の燃焼装置を温風暖房機（図示せず）として使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る燃焼装置の全体を模式的に示した図である。
【図２】図１の部分２の拡大図である。
【図３】異物除去手段を模式的に示した断面図である。
【図４】図４（ａ）はフィルタープレートを示した図、図４（ｂ）はスペーサプレートを示した図、図４（ｃ）はエンドプレートを示した図、図４（ｄ）はスクラバーを示した図、図４（ｅ）はスクラバーがフィルタープレート及びスペーサプレートの周面に接触している状態を示した図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る燃焼装置の全体を模式的に示した断面図である。
【図６】図５の部分６の拡大図である。
【図７】図７（ａ）は図５の燃焼装置の圧搾空気噴霧ノズルの拡大断面図、図７（ｂ）は図７（ａ）の線７ｂ−７ｂに沿って見た図である。
【図８】図５の燃焼装置の作動状態を説明するための図である。
【図９】図５の燃焼装置に設けられる気流収束器の変形形態を示した図５と同様の図である。
【図１０】図５の燃焼装置に設けられる火炎保持器の変形形態を示した図５と同様の図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態に係る燃焼装置を示した図６と同様な図である。
【図１２】本発明の第４の実施の形態に係る燃焼装置の全体を模式的に示した断面図である。
【図１３】図１３（ａ）は図１２の部分１３ａの拡大図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）の線１３ｂ−１３ｂに沿って見た図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０ 第１の実施の形態に係る燃焼装置
１２ 燃焼筒
１４ シャフト
１６ モータ
１８ テーパ部分
２０ カップ
２２ 空間
２４ 送風機
２６ 灯油供給管
２８ 植物油供給管
３０ 着火電極
３２ フレームアイ
３４ 装置本体
３６ 貯油槽
３８ 温水供給管
４０ 異物除去手段
５０ 第２の実施の形態に係る燃焼装置
５２ 燃焼筒
５４ 圧搾空気噴霧ノズル
５５ 圧搾空気源
５６ 火炎保持器（保炎器）
５６ａ 開口部
５６ｂ スリット
５７ 送風機
５８ 気流収束器
５９ 廃油供給管
６０ 着火電極
６４ 装置本体
６６ 貯油槽
６８ 温水供給管
７０ 異物除去手段
８２ 燃焼筒
８４ 圧搾空気噴霧ノズル
８５ 灯油噴霧ノズル
８６ 火炎保持器（保炎器）
８６ａ 開口部
８６ｂ スリット
８７ 送風機
８８ 気流収束器
８９ 廃油供給管
９０ 着火電極
１００ 第４の実施の形態に係る燃焼装置
１０２ 燃焼筒
１０４ 圧搾空気噴霧ノズル
１０５ 灯油噴霧ノズル
１０６ 火炎保持器（保炎器）
１０６ａ 開口部
１０６ｂ スリット
１０７ 送風機
１０８ 気流収束器
１０９ 廃油供給管
１１０ 着火電極
１１２ 蒸発筒
１１４ａ、１１４ｂ インナーリング
１１６ａ、１１６ｂ バッフル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
沸点が相対的に低い第１燃料を利用して沸点が相対的に高い第２燃料を燃焼させるための燃焼装置であって、
燃焼筒内に配置され、シャフトによって回転されるようになったカップを備え、
前記カップが、閉鎖した先端から開放した基部に向かって径が徐々に増加するカップ形状を有し、前記先端から前記基部に至る箇所の途中に、径の増加度が大きくなる段差部が形成されており、
前記カップの内部の前記段差部に前記第１燃料が供給されるように構成されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記シャフトの先端に、前記カップの基部の方へ収束するようにテーパが付けられたテーパ部分が取り付けられ、前記カップの内部の前記テーパ部分に前記第２燃料が供給されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
沸点が相対的に低い第１燃料を利用して沸点が相対的に高い第２燃料を燃焼させるための燃焼装置であって、
燃焼筒内に配置され、前記第１及び／又は第２燃料を圧搾空気とともに噴射する圧搾空気噴霧ノズルと、
前記圧搾空気噴霧ノズルの先端に隣接して配置され、燃焼時に燃焼空気が中央の開口部に収束するようになった火炎保持器と、
前記火炎保持器の燃焼空気流入側に配置され、燃焼空気を前記火炎保持器に案内するための気流収束器とを備えていることを特徴とする装置。
【請求項４】
前記ノズルの先端に、中心軸線に対して外方に発散するように複数の小孔が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記気流収束器が、燃焼空気が流入する側から前記開口部に向かって徐々に縮小するように形作られていることを特徴とする請求項３又は４に記載の装置。
【請求項６】
前記圧搾空気噴霧ノズルの先端よりも１ｍｍ〜３ｍｍ後方に先端が位置するように、前記圧搾空気噴霧ノズルに隣接して配置された灯油噴霧ノズルを更に備えていることを特徴とする請求項３から請求項５までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記燃焼筒に隣接して配置された蒸発筒を更に備え、
前記蒸発筒が、一端が開放し、他端が前記燃焼筒の開放端と連通した、ほぼ円筒形の形状に形作られており、
前記蒸発筒の内壁に１又は複数のインナーリングを配置することにより、蒸発筒の内部を、前記燃焼筒の側に位置する燃焼室と１又は複数のその他の部分とに分割し、前記１又は複数のその他の部分に、前記燃焼筒からの燃焼炎が前記蒸発筒の外部に直接放出されるのを阻止するためのバッフルが設けられていることを特徴とする請求項３から請求項６までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記燃焼筒における燃焼によって得られた温水を用いて、前記第２燃料を加温する加温手段を更に備えていることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記第２燃料中の異物を除去するための異物除去手段を更に備え、前記異物除去手段が、入口および出口が設けられた本体と、前記本体に回転可能に配置された主軸と、前記主軸に一定間隔隔てて取り付けられ、異物を除去するための隙間が設けられた複数枚のフィルタプレートと、前記各フィルタプレート間に配置され、副軸に固定されたスペーサプレートと、前記フィルタプレートの周面に接触するように前記副軸に取り付けられたスクラバーとを有し、前記主軸を回転させて前記フィルタプレートを回転させることにより、前記スクラバーにより堆積した異物が掻き落とされるように構成されていることを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記第１燃料が灯油であり、前記第２燃料が植物油、廃油、又は鉱物油であることを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項１】
沸点が相対的に低い第１燃料を利用して沸点が相対的に高い第２燃料を燃焼させるための燃焼装置であって、
燃焼筒内に配置され、シャフトによって回転されるようになったカップを備え、
前記カップが、閉鎖した先端から開放した基部に向かって径が徐々に増加するカップ形状を有し、前記先端から前記基部に至る箇所の途中に、径の増加度が大きくなる段差部が形成されており、
前記カップの内部の前記段差部に前記第１燃料が供給されるように構成されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記シャフトの先端に、前記カップの基部の方へ収束するようにテーパが付けられたテーパ部分が取り付けられ、前記カップの内部の前記テーパ部分に前記第２燃料が供給されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
沸点が相対的に低い第１燃料を利用して沸点が相対的に高い第２燃料を燃焼させるための燃焼装置であって、
燃焼筒内に配置され、前記第１及び／又は第２燃料を圧搾空気とともに噴射する圧搾空気噴霧ノズルと、
前記圧搾空気噴霧ノズルの先端に隣接して配置され、燃焼時に燃焼空気が中央の開口部に収束するようになった火炎保持器と、
前記火炎保持器の燃焼空気流入側に配置され、燃焼空気を前記火炎保持器に案内するための気流収束器とを備えていることを特徴とする装置。
【請求項４】
前記ノズルの先端に、中心軸線に対して外方に発散するように複数の小孔が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記気流収束器が、燃焼空気が流入する側から前記開口部に向かって徐々に縮小するように形作られていることを特徴とする請求項３又は４に記載の装置。
【請求項６】
前記圧搾空気噴霧ノズルの先端よりも１ｍｍ〜３ｍｍ後方に先端が位置するように、前記圧搾空気噴霧ノズルに隣接して配置された灯油噴霧ノズルを更に備えていることを特徴とする請求項３から請求項５までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記燃焼筒に隣接して配置された蒸発筒を更に備え、
前記蒸発筒が、一端が開放し、他端が前記燃焼筒の開放端と連通した、ほぼ円筒形の形状に形作られており、
前記蒸発筒の内壁に１又は複数のインナーリングを配置することにより、蒸発筒の内部を、前記燃焼筒の側に位置する燃焼室と１又は複数のその他の部分とに分割し、前記１又は複数のその他の部分に、前記燃焼筒からの燃焼炎が前記蒸発筒の外部に直接放出されるのを阻止するためのバッフルが設けられていることを特徴とする請求項３から請求項６までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記燃焼筒における燃焼によって得られた温水を用いて、前記第２燃料を加温する加温手段を更に備えていることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記第２燃料中の異物を除去するための異物除去手段を更に備え、前記異物除去手段が、入口および出口が設けられた本体と、前記本体に回転可能に配置された主軸と、前記主軸に一定間隔隔てて取り付けられ、異物を除去するための隙間が設けられた複数枚のフィルタプレートと、前記各フィルタプレート間に配置され、副軸に固定されたスペーサプレートと、前記フィルタプレートの周面に接触するように前記副軸に取り付けられたスクラバーとを有し、前記主軸を回転させて前記フィルタプレートを回転させることにより、前記スクラバーにより堆積した異物が掻き落とされるように構成されていることを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記第１燃料が灯油であり、前記第２燃料が植物油、廃油、又は鉱物油であることを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００８−２８１３２４（Ｐ２００８−２８１３２４Ａ）
【公開日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３２１４７７（Ｐ２００７−３２１４７７）
【出願日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【出願人】（５９９０４７０１１）北海道オリンピア株式会社 (11)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【出願人】（５９９０４７０１１）北海道オリンピア株式会社 (11)
【Ｆターム（参考）】
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